Vastaus ei ole 42

Yksi luku määrää, miten fysiikka, kemia ja biologia toimivat. Se ei ole Douglas Adamsin kirjoittaman scifi-parodian 42 vaan sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suuruutta kuvaava luku, joka on karkeasti 1/137 – ainakin nyt toistaiseksi. Teemme yhteistyötä Luulajan teknillisen yliopiston kanssa, jolla on vahvaa osaamista avaruustekniikan, fysiikan ja tutkimuksen saralla, ja täten koin asialliseksi kirjoittaa muutaman sanan yhdestä erikoisesta luvusta, joka kaiken lisäksi ei näyttäisi olevan vakio. 

Luku 1/137 määrää, miten tähdet palavat, miten kemialliset reaktiot tapahtuvat ja jopa sen, voivatko atomit olla olemassa. Luku on kuitenkin edelleen iso mysteeri, ja esimerkiksi fyysikko Richard Feynman kuvaili sitä maagiseksi luvuksi, jota emme ymmärrä alkuunkaan. 

Luvun 1/137 arvoitus on kuitenkin avautumassa, mutta on viittauksia siitä, ettei tämä luku ehkä olekaan vakio: sen arvo saattaa vaihdella! Jos luvun 1/137 vaihtelu voidaan osoittaa todeksi, seuraukset ovat huomattavia. Se pakottaisi meidät tarkistelemaan perustavanlaatuisia oletuksiamme maailmankaikkeudesta ja sen rakenteesta. 

Ajatus siitä, että luonnon perusvakioilla – kuten valon nopeudella – ei välttämättä olisi aina sama arvo, on pitkäikäinen. Jo vuonna 1937 fyysikko Paul Dirac kyseenalaisti Nature-lehdessä tähtitieteilijä Arthur Eddingtonin yritykset laskea perusvakiomme. Dirac piti ajatusta siitä, etteivät vakiot muuttuisi kosmologisen ajan kuluessa, täysin naurettavana. 

Hienorakennevakio, joka kuvaa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suuruutta, on tästä erittäin hyvä esimerkki. Hienorakennevakio merkitään tavallisesti symbolilla alfa (α), ja se kuvaa elektronien ja fotonien välisen kytkennän voimakkuutta. Alfa muodostuu valonnopeudesta ja muutamista muista perusvakioista, ja sen arvo on karkeasti 1/137. 

Jos tämän vakion arvoa kasvatettaisiin vain hitusen verran, hylkisivät protonit toisiaan niin voimakkaasti, etteivät atomien ytimet pysyisi koossa. Vielä suurempi muutos pysäyttäisi tähtien sisäisen fuusion, estäen yleisesti tunnistetun elämän perusaineen hiilen muodostumisen. Jos hienorakennevakio olisi taas paljon pienempi, molekyylisidokset hajoaisivat matalammissa lämpötiloissa, mikä vuorostaan muuttaisi merkittävästi monia elämälle välttämättömiä prosesseja. Maapallolla hienorakennevakio näyttää kuitenkin onneksi pysyvän tiukoissa rajoissaan. 

Kaikki on siis hienosti – mutta kun ei vaan ole! Uuden Etelä-Walesin yliopiston (UNSW) tutkimuksissa astrofyysikko John Webb on päätynyt mittaustuloksiin, joissa maailmankaikkeus ei ole isotrooppinen. Hienorakennevakio näyttäisi mittausten mukaan olevan arvoltaan eri tietyissä osissa maailmankaikkeutta. Tarkoittako tämä siis, että maailmankaikkeus voi näyttäytyä erilaisena jossain muualla? 

On epäselvää, mitä UNSW:n tutkimustulokset tarkoittavat, ja fyysikot näyttäisivät olevan umpikujassa etsiessään todellisuuden syvempää ymmärrystä. Mutta jos luonnonvakiot eivät olekaan samoja kaikkialla maailmankaikkeudessa, vaikeuttaisi se esimerkiksi kaiken teorian kehittämistä. Nämä hienorakennevakion arvovaihtelut saattavat kuitenkin paljastaa uutta fysiikkaa, joka voisi vaikkapa vahvistaa lisäulottuvuuksien olemassaolon, joka on välttämätöntä säieteorialle – ja, jos tämänhetkiset fysiikan perusoletuksemme ovatkin vain hyviä approksimaatioita, aukeavat ovet monille jännittäville ideoille.